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Ziel des Teilprojekts ist die quantitative Abbildung von Steuermechanismen der Verteilung primärer und sekundärer Pflanzenstoffe auf Pflanzenorgane und Rhizosphäre durch ein Einzelpflanzenmodell. Die Modellierung dient der Zusammenfassung und der Analyse der vielfältigen experimentellen Ergebnisse der einzelnen Teilprojekte im Sonderforschungsbereich, der Hypothesenprüfung und der mathematischen quantitativen Formulierung des erzielten Systemverständnisses. Das in der ersten Antragsphase entwickelte generische Modell der Ressourcenverteilung in der Pflanze und Rhizosphäre soll auf der nun breiteren Basis von Messergebnissen aus den verschiedenen Bereichen des SFB weiter bewertet und der identifizierte Bedarf an Modellverfeinerungen und -erweiterungen umgesetzt werden. Das Teilprojekt konzentriert sich auf die Modellierung der Versuche an krautigen Pflanzen und jungen Bäumen. In die Modellierung fließen deshalb in erster Linie Daten aus den Versuchen ein, die in den Expositionskammern, Phytotronen, Glashäusern und auf den Lysimetern durchgeführt werden. In Kooperation mit dem Teilprojekt C3 wird die übertragbarkeit der Modellannahmen auf ältere Bäume und auf die Freilandsituation überprüft.
In der zweiten Antragsphase des Projekts sind Arbeitsschwerpunkte:
- die Evaluierung der bisher entwickelten Modellvorstellungen
- zum inter- und intraspezifischen Konkurrenzverhalten krautiger und holziger Pflanzen
- zur Abschätzung der Investitionen in Abwehrstoffe der untersuchten Pflanzenarten bei Pathogenbefall und erhöhten Ozonkonzentrationen
- zu den Mechanismen der pflanzeninternen Verteilung der Ressourcen in Abhängigkeit von den Umwelteinflüssen
- die Verfeinerungen des Modell durch die Berücksichtigung biochemischer Fraktionen (Cellulose, Lignine, Phenole, Lipide, lösliche Zucker, Stärke, Proteine) bei der Berechnung der Investitionen für den Aufbau von Biomasse, durch die mechanistische Beschreibung der pflanzlichen Reaktionen auf erhöhtes atmosphärisches O3 und Pathogenbefall und durch die Formulierung von Zielfunktionen auf der Basis von Kosten/Nutzen-Bilanzen zur Steuerung der Assimilatverteilung;
- Modellerweiterung entsprechend dem Bedarf im SFB (weitere Pflanzenarten, Berücksichtigung der Isotope 13C, 14C, 15N);
- die Anwendung des Modells zur:
- Berechnung des Ressourcenverbrauchs für die Biosynthese und die Abschätzung der Kosten für Regulations- und Transportprozesse aus der Bilanzlücke zwischen Ressourcengewinn durch Photosynthese und der berechneten Investitionen in Biomasse (differenziert in die biochemischen Fraktionen), Atmung und Assimilattransfer in die Rhizosphäre
- Hochskalierung von Messergebnissen von der Organebene auf die Gesamtpflanze bzw. den Bestand
- Bilanzierung der Flüsse von Kohlenstoff, Stickstoff und Wasser für die Versuche auf der Lysimeteranlage
- Bestimmung nicht messbarer Parameter mit den Methoden der inversen Modellierung
- überprüfung der übertragbarkeit von Ergebnissen aus den Containerversuchen auf die Bedingungen der Freilandversuche;
- das Aufzeigen der Sensitivität von Parametern und des Einflusses von Modellannahmen sowie hiervon abgeleitet das Herausarbeiten weiteren Forschungsbedarfs zur Verringerung der Lücken im Verständnis der Ressourcenverteilung im System Pflanze-Boden.
Mit zahlreichen Teilprojekten des SFB bestehen enge Kooperationen, die über das zur Verfügung stellen von Daten hinaus auch die gemeinsame Entwicklung konzeptioneller Modellvorstellungen einschließen. Letzteres betrifft insbesondere die Rhizosphärenprozesse, da beim momentanen Stand der Forschung hinsichtlich der Genauigkeit des Prozessverständnisses im Gesamtsystem Spross-Rhizosphäre deutliche Diskrepanzen zwischen den ober- und unterirdischen Abläufen bestehen.
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